Guía de acabado superficial de PCB para 7 opciones comunes

¿Qué es el tratamiento de superficies de PCB?

El tratamiento de la superficie de la PCB se refiere a la interconexión metálica entre el cobre desnudo de la placa de circuito impreso y el área soldable de los componentes. Una placa de circuito tiene una superficie base de cobre que, sin una capa protectora, es propensa a la oxidación, de ahí la necesidad de limpiar la superficie.

El tratamiento de la superficie de la PCB es un paso crucial en el proceso de fabricación y ensamblaje de la PCB y cumple dos funciones principales: proteger los circuitos de cobre expuestos y proporcionar una superficie soldable para que los componentes se conecten a la PCB. El tratamiento de superficie se encuentra en la capa más externa de la PCB, encima de las capas de cobre, actuando como un "recubrimiento" para el cobre.

Tipos de tratamiento de superficies de PCB

Nivelación de soldadura por aire caliente (HASL)
Estañado (estaño de inmersión)
Oro de inmersión en níquel no electrolítico (ENIG)
Conservantes orgánicos de soldabilidad (OSP)
Plata de Inmersión (ImAg)
Níquel no electrolítico Oro de inmersión en paladio no electrolítico (ENEPIG)
Oro duro (oro duro electrolítico)

Procesos de tratamiento de superficies de PCB

Nivelación de soldadura por aire caliente (HASL)

HASL es uno de los métodos de tratamiento de superficies más utilizados en la industria. Viene en dos tipos: uno con plomo-estaño y otro sin. HASL es también uno de los tipos de tratamiento de superficies de PCB más baratos disponibles.

Para lograr una superficie HASL suave, la placa de circuito se sumerge en soldadura fundida (estaño/plomo), cubriendo todas las superficies de cobre expuestas en la placa. Después de dejar la soldadura fundida, se sopla aire caliente a alta presión sobre la superficie a través de una cuchilla de aire, que suaviza los depósitos de soldadura y elimina el exceso de soldadura de la superficie de la placa de circuito.

Los parámetros importantes a controlar durante este proceso incluyen la temperatura de soldadura, la temperatura de la cuchilla de aire, la presión de la cuchilla de aire, el tiempo de inmersión, la velocidad de despegue y más.

Ventajas de HASL:

• Abundante suministro
• reelaborable
• Excelente vida útil
• Excelente soldabilidad
• Barato/bajo costo
• Permite una ventana de procesamiento más grande
• Mayor tiempo de almacenamiento
• Una vez finalizada la PCB, las almohadillas se cubren completamente con estaño antes de soldar.
• Adecuado para soldadura sin plomo
• Elección de tratamiento de superficie madura
• Permite realizar inspecciones visuales y mediciones eléctricas.

Desventajas de HASL:

• Superficie irregular
• No apto para paso fino
• Contiene plomo (HASL)
• Choque termal
• Puente de soldadura
• PTH (orificio pasante chapado) obstruido o reducido
• Diferencias de espesor/apariencia entre almohadillas grandes y pequeñas
• No apto para SMD y BGA de tamaño inferior a 2000 millonésimas de pulgada
• No apto para productos HDI
• No apto para unión de cables.

Estañado (estaño de inmersión)

El estaño por inmersión (ImSn) es un acabado metálico depositado mediante una reacción de desplazamiento químico directamente sobre el metal base de una placa de circuito, que es el cobre. El ISn protege el cobre subyacente de la oxidación dentro de su vida útil esperada. Dado que todas las soldaduras están basadas en estaño, la capa de estaño puede combinar con cualquier tipo de soldadura.

Al agregar aditivos orgánicos a la solución de inmersión de estaño, la estructura de la capa de estaño se vuelve granular, superando los problemas de los bigotes de estaño y la migración de estaño, al mismo tiempo que posee buena estabilidad térmica y soldabilidad. El proceso de inmersión en estaño puede formar un compuesto intermetálico plano de cobre y estaño. dándole buena soldabilidad, sin problemas de planitud y difusión de compuestos intermetálicos.

Ventajas del estañado:

• Excelente planitud (adecuada para SMT), adecuada para paso fino/BGA/componentes pequeños
• Tecnología de tratamiento de superficies sin plomo de coste medio
• Limpieza de prensado adecuada
• Mantiene una buena soldabilidad después de múltiples excursiones térmicas.
• Adecuado para líneas de producción horizontales.
• Adecuado para mecanizado de geometría fina, montaje sin plomo.

Desventajas del estañado:

• Sensible al manejo
• Vida útil corta, bigotes de estaño después de 6 meses.
• Corrosivo para las capas de máscara de soldadura.
• No recomendado para uso con mascarillas pelables.
• No es una opción adecuada para interruptores táctiles
• Las pruebas eléctricas requieren una configuración especial (aterrizaje suave de la sonda)

Oro de inmersión en níquel no electrolítico (ENIG)

El tratamiento de superficie ENIG (oro por inmersión en níquel electrolítico) siempre ha sido la mejor opción para superficies de paso fino (planas) y opciones sin plomo.
ENIG es un proceso de dos pasos: cubre una fina capa de níquel sobre la capa de cobre y luego la cubre con una fina capa de oro. El níquel actúa como una barrera para el cobre y es la superficie a la que se sueldan los componentes, mientras que el oro protege el níquel durante el almacenamiento.

Oro de inmersión en níquel no electrolítico (ENIG)

El espesor de la capa interna de Ni es generalmente de 3 a 6 μm, y el espesor de la capa externa de Au es generalmente de 0.05 a 0.1 μm.

El Ni forma una capa barrera entre la soldadura y el cobre.

La función del Au es prevenir la oxidación del Ni durante el almacenamiento, extendiendo así la vida útil, pero el proceso de chapado en oro también produce una excelente planitud de la superficie.

El flujo de procesamiento de ENIG es el siguiente: Limpieza -> Grabado -> Catalizador -> Níquel electrolítico -> Chapado en oro -> Limpieza de residuos

Si bien este proceso de recubrimiento tiene una larga vida útil y es ventajoso para galvanizar orificios pasantes, es un proceso complejo y costoso que no se puede volver a trabajar y se sabe que causa pérdida en los circuitos de señal de RF.

Ventajas de ENIG:

Superficie plana
Sin plomo
Adecuado para PTH (agujero pasante chapado)
Larga vida de anaquel

Desventajas de ENIG:

Costoso
No reelaborable
Almohadilla negra/níquel negro
Daños de extraterrestres
Pérdida de señal (RF)
Proceso complejo

Conservantes orgánicos de soldabilidad (OSP)

Los OSP (conservantes orgánicos de soldabilidad) o agentes anticorrosivos generalmente se aplican al cobre expuesto mediante un proceso de cinta transportadora, protegiendo la superficie del cobre de la oxidación con una capa muy delgada de material.

Esta película debe tener propiedades como antioxidante, resistencia al choque térmico y resistencia a la humedad para proteger la superficie de cobre de la oxidación (oxidación o sulfuración, etc.) en condiciones normales.

Sin embargo, durante la soldadura posterior a alta temperatura, el fundente debe eliminar fácil y rápidamente esta película protectora para permitir que la superficie de cobre limpia se una inmediatamente a la soldadura fundida, formando una unión fuerte en muy poco tiempo.

En otras palabras, OSP actúa como una barrera entre el cobre y el aire.

El proceso general de OSP es: desengrasado -> micrograbado -> lavado con ácido -> enjuague con agua pura -> recubrimiento orgánico -> limpieza.

Ventajas del OSP:

• Superficie plana
• Proceso sencillo, superficie muy lisa, adecuado para soldadura sin plomo y SMT.
• Reelaborable, apto para líneas de producción horizontales.
• Rentabilidad
• Sostenible.

Desventajas de OSP:

• No se puede medir el espesor
• No apto para PTH (agujero pasante chapado)
• Vida útil corta
• Puede causar problemas de TIC
• Cobre expuesto en el montaje final
• Procesamiento sensible
• No se puede soldar (reelaborar) más de dos veces.
• No apto para tecnología de ajuste a presión y encuadernación con alambre.
• Inconveniente para pruebas visuales y eléctricas.

Plata de Inmersión (ImAg)

La plata por inmersión se aplica a los PCB de cobre sumergiéndolos en un tanque de iones de plata mediante un tratamiento superficial químico no electrolítico. Es una opción ideal para placas de circuitos con blindaje EMI y también se utiliza en equipos de comunicación.

Este método es especialmente adecuado para circuitos con frecuencias de microondas y líneas de transmisión.

La inmersión en plata proporciona una superficie plana y soldable y excelentes propiedades eléctricas. El proceso de inmersión en plata se puede utilizar en una gran variedad de placas de circuito, incluidas placas de circuito rígidas y flexibles.

El proceso general de plata por inmersión es: desengrasado -> micrograbado -> deposición de plata -> enjuague.

Ventajas de la Plata de Inmersión:

• Adecuado para paso fino
• Adecuado para líneas de producción horizontales.
• Bueno para ensamblaje sin plomo, buena soldabilidad y adecuado para SMT
• Planitud
• Larga vida útil, bueno para tableros de doble cara, encuadernación con alambre, adecuado para TIC
• Bueno para retener la calidad de la señal en circuitos de alta frecuencia.

Desventajas de la plata de inmersión:

• Vida útil corta, difícil de almacenar (puntos negros, requiere envasado al vacío)
• Eliminación de productos químicos
• Oxidación durante el almacenamiento.
• Sensible al manejo
• Formación de Ag3Sn
• Costoso
• No apto para interruptores táctiles y máscaras pelables.
• No apto para unión con alambre de oro.
• Las pruebas de TIC pueden causar un mal funcionamiento
• Dificultades en el control de procesos

Níquel no electrolítico Oro de inmersión en paladio no electrolítico (ENEPIG)

ENEPIG es un proceso complejo que involucra tres capas: níquel, paladio y oro, proporcionando una excelente conductividad y protección.

El flujo de procesamiento de ENEPIG es: Limpieza -> Grabado -> Catalizador -> Níquel químico -> Paladio -> Chapado en oro -> Limpieza de residuos

ENEPIG es el tratamiento superficial más adecuado para productos de alta confiabilidad y alta velocidad, donde su planitud, alta resistencia al cobre y buenas propiedades anticorrosión son especialmente importantes.

Ventajas de ENEPIG:

Excelente para unir cables
Adecuado para paso fino y piezas pequeñas.
Adecuado para unir alambre de oro
Bueno para la PTH
Bueno para tecnología de ajuste a presión y unión de cables
Adecuado para pruebas eléctricas y TIC
Larga vida de anaquel
Sin plomo

Desventajas de ENEPIG:

Alto costo
No apto para interruptores táctiles.
Las pruebas de TIC pueden causar un mal funcionamiento
Requiere un entorno de producción estable
No apto para soldadura por ola.

Oro duro (oro duro electrolítico)

El oro duro es un tipo de tratamiento de superficie de PCB que utiliza una capa de oro aleado con una pequeña cantidad de otros metales para aumentar su durabilidad. Este proceso implica galvanizar una capa de oro sobre la superficie de la PCB, que luego se recubre con una capa de níquel electrolítico para aumentar su dureza y resistencia al desgaste.

El oro duro se usa comúnmente en aplicaciones donde la PCB estará sujeta a inserciones y extracciones repetidas, como en conectores e interruptores. El recubrimiento de oro duro ayuda a evitar que el oro se desgaste con el tiempo, lo que garantiza conexiones eléctricas confiables.

Ventajas del oro duro:

Excelente durabilidad y resistencia al desgaste.
Adecuado para aplicaciones que requieren inserciones y extracciones repetidas
Bueno para aplicaciones de alta confiabilidad
Adecuado para pruebas eléctricas y TIC
Adecuado para tecnología de ajuste a presión y unión de cables
Adecuado para paso fino y piezas pequeñas.

Desventajas del oro duro:

Alto costo
No apto para soldadura por ola.
No apto para interruptores táctiles.
Rango de espesor limitado

¿Cómo elegir el acabado de la superficie de la PCB?

La selección del acabado superficial para las placas de circuito impreso (PCB) es uno de los pasos más críticos en su fabricación , ya que influye directamente en el rendimiento del proceso, la cantidad de retrabajo, la tasa de fallos in situ, la capacidad de prueba, la tasa de desperdicio y el coste. Para garantizar la alta calidad y el rendimiento del producto final, es fundamental tener en cuenta todos los aspectos importantes del ensamblaje al seleccionar la suavidad de la superficie.

Utilice este artículo al comparar diversas opciones de acabado en cuanto a costo, vida útil, planitud y necesidades de ensamblaje. Si la decisión se centra principalmente en HASL frente a ENIG, consulte la comparación entre HASL y ENIG ; para información sobre capacidad de producción y notas de cotización, consulte la selección de acabado superficial de PCB.

Acabado de superficie de PCB

Planitud de la almohadilla de soldadura Como se mencionó anteriormente, algunos acabados de superficie pueden generar superficies irregulares, lo que puede afectar el rendimiento, la soldabilidad y otros factores. Si la planitud es un factor crítico, considere acabados superficiales con capas delgadas y uniformes. En este caso, las opciones adecuadas incluyen ENIG, ENEPIG y OSP.

Soldabilidad y humectación

La soldabilidad es siempre un factor clave al usar placas de circuito impreso. Se ha demostrado que ciertos acabados superficiales, como OSP y ENEPIG, dificultan la soldabilidad, mientras que otros, como HASL, son más adecuados.

Unión de cables de oro o aluminio

Si su placa de circuito impreso requiere conexiones de hilo de oro o aluminio, es posible que deba limitarse a ENIG y ENEPIG.

Condiciones de almacenaje

Como se mencionó anteriormente, algunos acabados superficiales (como OSP) pueden hacer que la PCB se vuelva quebradiza durante el procesamiento, mientras que otros mejoran la durabilidad. Los requisitos de almacenamiento y manipulación se deben considerar de antemano, y los acabados superficiales que hacen que la PCB se vuelva quebradiza sólo se deben utilizar cuando los requisitos de almacenamiento y manipulación se puedan cumplir sin riesgo.

Ciclos de soldadura

¿Cuántas veces se soldará y reelaborará la PCB? Muchos acabados de superficies son ideales para retrabajar. Sin embargo, otros métodos como la inmersión en estaño no son adecuados para el reprocesamiento.

Acabado de superficie de PCB: cumplimiento de RoHS

El cumplimiento de la normativa RoHS es fundamental para determinar el acabado superficial que se debe utilizar. Por lo general, todos los acabados superficiales que contienen plomo no son aptos para cumplir con la normativa RoHS y deben evitarse.

Dependiendo de los requisitos y características específicos de su producto de PCB, puede utilizar esta tabla para seleccionar la opción de acabado superficial perfecta.

Conclusión

La selección del tipo de acabado superficial para lograr una superficie lisa debe ser óptima para cumplir con diversas funciones. Cada tipo de tratamiento superficial tiene sus propias ventajas y desventajas. Existen técnicas de ingeniería para solucionar los problemas derivados de las deficiencias en la lisura superficial. Por ejemplo, para la baja fuerza de humectación del OSP , existen soluciones como cambiar el recubrimiento de la placa o la aleación de soldadura por ola, aumentar el precalentamiento de la cara superior, etc. La clave reside en considerar todos los factores posibles para lograr el rendimiento deseado.